Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material...

21
Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. ElHabbal

Transcript of Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material...

Page 1: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Lecture (1) Introduction to Material properties  

And Analysis of Reinforced Concrete Sections 

 By  

Dr. Islam M. El‐Habbal 

Page 2: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Stress‐Strain Curve of Concrete 

0 0.001 0.002 0.003 0.004

Stre

ss

Strain

fcu Softening 

0 0.001 0.002 0.003 0.004St

ress

Strain

fcu 

Crushing Strain 

Page 3: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Design Stress‐strain Diagram 

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035

Stre

ss

Strain

Tangent Modulus or  Young’s Modulus 

0.30 fcu 

fcu 

fcu/γc 

Factor  of Safety =1.50 

Page 4: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Stress 

Strain 

fy 

fu 

Stress‐Strain Curve of Steel 

εy  εu 

Page 5: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Design Stress‐Strain Curve of Steel Stress 

Strain 

fy/γs 

fy 

εy/γs εy 

Factor  of Safety =1.15 

Page 6: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

d t 

As 

Types of RC sections 1. Rectangular Section 

Is used when slab is under Tension 

d t 

As 

ts 

2.     T‐ Section 

Is used when slab is under compression 

Page 7: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

1. Analysis of Rectangular Sections 

2. Analysis of T‐section. 

Page 8: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Analysis of Rectangular Singly Reinforced Sections using 1st principles 

From Equilibrium: 

Cu = Tu                    …………………….  (1) 

0.67 fcu/γc *a*b = As * fy/γs                      get  (a)       check  a/d≥ 0.10 

 c = a/0.80 

Mu = Cu * yct       or             Mu = Tu * yct  …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2)      or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)   Get (Mu ) 

d t  Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

Page 9: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Analysis of T‐Sections Singly Reinforced using 1st principles 

d t 

Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

ts 

From Equilibrium: 

Cu = Tu                    …………………….  (1) 

0.67 fcu/γc *a*B = As * fy/γs                      get  (a) if a> ts    let  a=ts  check a/d ≥ 0.10                 c = a/0.80 

Mu = Cu * yct       or             Mu = Tu * yct  …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*B *(d‐a/2)      or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)   Get (Mu ) 

Page 10: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

1. Analysis of Rectangular Sections 

Page 11: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Analysis of Rectangular Doubly Reinforced Sections using 1st principles 

From Equilibrium: 

Cu +Cs\= Tu 

0.67 fcu/γc *a*b +As\ * fs\= As * fs              …………………….  (1) 

Assume that As & As\ are @ yield  

0.67 fcu/γc *a*b +As\ * fy/γs = As * fy/γs                        get  (a)       check a/d≥ 0.10    

 c = a/0.80 

Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Page 12: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check on Assumption: Since       E=f/ε       where E=Young’s modulus & f=stress & ε=strain So            E=fy/εy      where  fy = yield stress  &  εy = yield strain                                           & E=2000 t/cm2 = 2 x 105 MPa = 2 x 105 N/mm2                                                                               Hence  get     εy From symmetry of triangles: 0.003/c = εs

\  / (c‐d’)                                          εs

\ = 0.003 * (c‐d’) / c 

 0.003/c = εs

  / (d‐c)                                           εs = 0.003 * (d‐c) / c 

 

Page 13: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

No change in  Calculations. Get Mu directly 

Replace As’ fy By As’ fs ’ .  get fs ’(c). Solve fs ’(c) & (1) to get C.  Solve fs ’(c) and Mu(c) sim. 

Replace As fy By As fs . get fs(c). Solve fs (c) & (1) to get C.  Solve fs(c) and Mu(c) sim. 

Replace  As’  fy & As fy By As’ fs ’ & As fs . get fs ’(c), fs(c). Solve fs ’(c), fs (c) & (1) to get C.  Solve fs ’(c), fs(c) and Mu(c) sim. 

Page 14: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Get (Mu ) 

If εs\ ≥ εy/γs  &  εs ≥ εy/γs: 

Mu = Cu * yct + Cs\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fy/γs * (d‐d’)       

or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)  + As\  * fy/γs * (a/2‐d’)  

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Page 15: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

Page 16: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

If εs\ < εy/γs  &  εs ≥ εy/γs: 

fs\ = εs\ * E                                    fs\  =  0.003 * E * (c‐d’) / c   ………….. (2) 

Solve (1) & (2) together  to Get  C             C=a/0.8          check a/d ≥ 0.10         get fs\  Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (3) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fs\  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)  + As\  * fs\ * (a/2‐d’)  

Solve (2) & (3) together and Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Page 17: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

Page 18: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

If εs\ ≥ εy/γs  &  εs < εy/γs: 

fs = εs * E                                    fs  = 0.003 * E * (d‐c) / c     ………….. (2) 

Solve (1) & (2) together and Get C             C=a/0.8          check a/d ≥ 0.10         get fs Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (3) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fy/γs  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fs *(d‐a/2)  + As\  * fy/γs * (a/2‐d’)  

Solve (2) & (3) together and Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Page 19: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

Page 20: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

If εs\ < εy/γs  &  εs < εy/γs: 

fs = εs * E     &   fs\ = εs\ * E                            fs  = 0.003 * E * (d‐c) / c     ………….. (2) 

                                                                     fs\  =  0.003 * E * (c‐d’) / c    ………….. (3) 

Solve (1) , (2) & (3) together  and  Get C       C=a/0.8       check a/d ≥ 0.10       get fs & fs\  Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (4) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fs\  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fs *(d‐a/2)  + As\  * fs\ * (a/2‐d’)  

Solve (2) , (3) & (4) together  and  Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Page 21: Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material properties And Analysis of Reinforced Concrete Sections By Dr. Islam M. El‐Habbal

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs